食品咀嚼模拟机系统的开发与研究

发布时间：2017-08-30 22:17

  本文关键词：食品咀嚼模拟机系统的开发与研究

  更多相关文章： 逆向工程 食品咀嚼 咀嚼模拟机 测量系统

【摘要】：咀嚼模拟机是依据仿生机械的原理模拟人类咀嚼活动的机器装置，它能够再现人类的咀嚼运动和咀嚼效果，安装特定的传感器以后，可以用其进行不宜或无法在人类生理口腔中进行的科学实验，因而咀嚼模拟机的研究在机器人设计及口腔医学研究领域得到广泛的关注。在食品科学领域，咀嚼模拟机同样具有重要的价值，由于咀嚼模拟机能够达到与人类相似的咀嚼效果，可以使用食品咀嚼模拟机开发针对老人、婴幼儿等咀嚼能力较弱人群的专用食品，也可以通过咀嚼模拟机测量食品在咀嚼过程中的应力变化规律，为食品的质构评价提供一种更加客观的方法。然而，目前国内关于食品咀嚼模拟机的研究却鲜有报道，由鉴于此，本文依据人类口腔系统的生理特征和生物力学规律，研制了一种能够模拟人类咀嚼运动和口腔环境的食品咀嚼模拟机，并利用现代传感技术，为该模拟机设计了力学和声学测量系统。 （1）利用逆向工程手段获取了包括牙齿、下颌骨、上颌骨、颞下颌关节等在内的人类口腔系统结构模型，在对口颔生物力学分析的基础之上研制了仿真义齿、仿生上颌、仿生下颌、颞下颌关节、牙床等仿生部件；以现代口腔医学研究成果为基础，从机械仿生角度出发，建立了咀嚼运动的机械简化模型，针对下颌运动的特点将下颌运动分为切咬、杵压、研磨三种模式，设计了下颌运动模拟机构，使用simulink仿真分析了仿生下颌在杵压和右侧咀嚼时的动力学状况；将舌头运动简化为相对于下颌的升降运动，设计了升降杆机构模型，，并对舌头运动进行仿真分析；设计了铰链连杆传动机构及步进电机动力系统，为下颌及舌头运动提供动力；在catiaV5R19中建立了咀嚼模拟机的电子样机模型，进行装配和干涉检验，研制了一台可以进行自动化调节和人机交互控制的食品咀嚼模拟机。 （2）以食品咀嚼模拟机为基础平台，依据人类唾液的化学构成，配制了人造唾液，依据腺体分泌唾液的生理规律，利用蠕动泵模拟了唾液的分泌、开发了蠕动泵的控制程序，实现对人工唾液分泌的精确控制，建立了人工唾液模拟系统；根据口腔的温度环境状况，使用加热器、温度传感器、电风扇、温度控制器等设计了温湿度监控系统，进行口腔环境的温湿模拟，建立了一个较为完整的半封闭式人工口腔系统。 （3）设计了对食品咀嚼模拟机工作过程中力学和声学信息进行测量的数据采集系统。使用压电力传感器、压电加速度传感器、静态电荷放大器、高速数据采集卡建立了能够进行下颌振动和咀嚼力测量的压电测量系统；采用传声器，声音采集卡设计了能够进行咀嚼过程中声波振动采集的声音测量系统。 （4）在windowsXP系统上，使用VC++开发了食品咀嚼模拟机控制测量软件。该软件包括咀嚼运动控制、唾液流量控制、口腔温湿度监控、力学信息采集、声音信息采集五个模块，能够实现对咀嚼模拟、口腔环境和数据采集的人机交互控制。
【关键词】：逆向工程 食品咀嚼 咀嚼模拟机 测量系统
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP242;R318.6
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 研究的目的和意义12-13
• 1.2 咀嚼模拟的研究现状13-18
• 1.2.1 咀嚼运动模拟的研究现状13-17
• 1.2.2 口腔环境模拟的研究现状17-18
• 1.3 咀嚼模拟在食品领域的研究现状18-22
• 1.3.1 食品咀嚼模拟器18-20
• 1.3.2 食品咀嚼机器人20-21
• 1.3.3 仿生咀嚼质构仪21-22
• 1.3.4 食品咀嚼模拟机存在的问题22
• 1.4 本文的主要研究内容22-24
• 第2章 基于逆向工程的食品咀嚼模拟机研制24-68
• 2.1 引言24-25
• 2.2 咀嚼系统的机械简化模型25-30
• 2.2.1 人类口腔结构的简化模型25-26
• 2.2.2 下颌运动的简化模型26-29
• 2.2.3 舌头运动的简化模型29-30
• 2.3 基于逆向工程的咀嚼模拟构件研制30-41
• 2.3.1 人类口颔三维模型的建立30-32
• 2.3.2 仿真牙齿的设计32-35
• 2.3.3 仿生颌骨的设计35-36
• 2.3.4 颞下颔关节的设计36-40
• 2.3.5 牙床的设计40-41
• 2.3.6 舌头的设计41
• 2.4 咀嚼运动机构设计与仿真研究41-60
• 2.4.1 下颌运动设计与仿真分析41-52
• 2.4.2 舌头运动设计与仿真分析52-55
• 2.4.3 传动机构设计与仿真分析55-60
• 2.5 咀嚼运动机构动力方案设计60-64
• 2.5.1 步进电机选型61-62
• 2.5.2 步进电机驱动器62-63
• 2.5.3 步进电机的控制63-64
• 2.6 食品咀嚼模拟机的电子样机建模与加工64-66
• 2.6.1 咀嚼模拟机辅助部件设计64-66
• 2.6.2 咀嚼模拟机的电子样机建模66
• 2.7 本章小结66-68
• 第3章 食品咀嚼模拟机的口腔环境模拟68-76
• 3.1 引言68
• 3.2 唾液分泌的模拟68-71
• 3.2.1 人类口腔唾液的分泌68-69
• 3.2.2 基于蠕动泵的唾液分泌模拟69-71
• 3.3 口腔温湿度的模拟71-75
• 3.3.1 加热模块设计72-74
• 3.3.2 散热模块设计74-75
• 3.4 本章小结75-76
• 第4章 食品咀嚼模拟机的测量系统设计76-94
• 4.1 引言76
• 4.2 力学信息采集系统设计76-87
• 4.2.1 基于压电传感的数据采集系统设计76-80
• 4.2.2 咀嚼力和下颌振动的测量80-87
• 4.3 声音信息采集系统设计87-90
• 4.3.1 声音传感器88-89
• 4.3.2 声音采集卡89-90
• 4.4 温湿度采集系统设计90-92
• 4.4.1 温度的采集90-91
• 4.4.2 湿度的采集91-92
• 4.5 本章小结92-94
• 第5章 食品咀嚼模拟机的软件系统开发94-102
• 5.1 前言94
• 5.2 咀嚼运动控制模块94-96
• 5.3 唾液流量控制模块96-97
• 5.4 温湿度监控模块97
• 5.5 力学信息采集模块97-100
• 5.6 声音信息采集模块100-101
• 5.7 本章小结101-102
• 第6章 结论102-104
• 参考文献104-112
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的科研成果112-114
• 致谢114

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 裴先茹;高海荣;;压电材料的研究和应用现状[J];安徽化工;2010年03期

2 林宝山;姜婷;孔宁华;;冷热循环机械载荷咀嚼模拟疲劳试验机的研制及标定[J];北京口腔医学;2006年02期

3 杨赵高;李银国;徐洋;;基于McBsp和I~2C接口的DSP与音频芯片间的数据传输[J];重庆工学院学报(自然科学版);2008年08期

4 葛兵;倪海林;黄娟;吴友农;;2种方法根管充填后牙根疲劳强度的体外研究[J];国际口腔医学杂志;2009年05期

5 邱支振;机械工程的未来与仿生[J];安徽工业大学学报(自然科学版);2002年03期

6 陈令新,关亚风,杨丙成,申大忠;压电晶体传感器的研究进展[J];化学进展;2002年01期

7 丛明;温海营;刘同占;刘冬;;基于生物力学结构的咀嚼机器人建模[J];华中科技大学学报(自然科学版);2011年S2期

8 孙钟雷;孙永海;方旭君;刘晶晶;;仿齿冠压头破碎物料试验及模拟[J];吉林大学学报(工学版);2011年S2期

9 刘英想;刘军考;陈维山;;6-RSS并联机器人运动学分析[J];机械工程师;2006年09期

10 曹永刚;张玉茹;马运忠;;6-RSS型并联机构的工作空间分析与参数优化[J];机械工程学报;2008年01期

本文编号：761787